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Dokumentenidentifikation DE3049532C2 07.01.1988
Titel Selbsttragender Primärerreger für Spiegelantennen
Anmelder Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München, DE;
Standard Elektrik Lorenz AG, 7000 Stuttgart, DE;
AEG-Telefunken AG, 1000 Berlin und 6000 Frankfurt, DE
Erfinder Dombek, Karl-Peter, Dr.-Ing., 6100 Darmstadt, DE
Vertreter Mehl, E., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 8000 München
DE-Anmeldedatum 31.12.1980
DE-Aktenzeichen 3049532
Offenlegungstag 29.07.1982
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 07.01.1988
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.01.1988
IPC-Hauptklasse H01Q 13/24
IPC-Nebenklasse H01Q 19/15   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen selbsttragenden Primärerreger für Spiegelantennen mit einer zentral durch den Spiegel geführten Speiseleitung, einer die Speiseleitung konzentrisch umgebenden und von ihr erregten Hohlleitung, die an dem dem Spiegel abgewandten Ende metallisch abgeschlossen ist, und einem zwischen Speiseleitung und offenem Hohlleitungsende angeordneten, die Hohlleitung an ihrem dem Spiegel zugewandten Ende verlängernden Isolierrohr aus dielektrischem Material.

Beim Einsatz selbsttragender Primärerreger sind die sonst zur Erregerhalterung notwendigen drei oder vier Stützen nicht mehr erforderlich. Dadurch entfällt die Abschattung der Spiegelstrahlung durch die Stützen, wodurch die Strahlungscharakteristik des Spiegels verbessert wird.

Es ist eine Reihe einfacher Erreger bekannt, die diesen Anforderungen genügen. Abgesehen von Dipolerregern mit Reflektor und eventuell Direktor, die prinzipiell relativ ungeeignete Ausleuchtcharakteristiken haben, wurden hierfür bisher Querstrahler als Erreger vorgeschlagen (R. Schwerdtfeger: A coaxial dual mode feed system, 9th European Microwave Conference 1979 Brighton). Mit diesen lassen sich zwar geeignete Ausleuchtcharakteristiken erreichen, jedoch begrenzt die Spiegelabschattung durch den Erreger die erreichbare Dämpfung der hauptkeulennahen Seitenzipfel. Dieser Mangel wird besonders gravierend, wenn Spiegel mit geringem Öffnungswinkel ausgeleuchtet werden sollen, oder wenn eine sektorförmige Strahlungscharakteristik der Spiegelantenne durch Ausleuchtung des Spiegelrandbereichs mit dem ersten Nebenzipfel der Erregerstrahlung erreicht werden soll.

Aus der DE-OS 16 16 300 ist ein Primärerreger der eingangs beschriebenen Art im wesentlichen bekannt. Es ist daraus eine Dipolantenne für linear polarisierte elektromagnetische Wellen mit einer Koaxialleitung bekannt, in deren Endabschnitt der Außenleiter durch zwei diametral gegenüberliegende Längsschlitze in zwei Segmente unterteilt ist, wobei die Länge der Längsschlitze gleich der halben mittleren Betriebswellenlänge in diesem Endabschnitt ist. Der Innenleiter der Koaxialleitung ist mit dem einen Segment mittels einer induktiven Verbindung und mit dem zweiten Segment mittels einer kapazitiven Verbindung verkoppelt. Ein die Koaxialleitung mindestens über den Bereich der Längsschlitze umschließender, auf der einen Seite der Kopplungsebene offener und auf der anderen Seite kurzgeschlossener Hohlleiter läßt bei den Betriebsfrequenzen die Anregung einer TE-Welle zu. Das äußere Hohlleiterrohr ist an seinem offenen Ende durch ein Isolierrohr verlängert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen selbsttragenden Primärerreger einfachen Aufbaus zu schaffen, mit dem eine hohe Dämpfung der hauptkeulennahen Nebenzipfel und eine leichte Anpaßbarkeit an gewünschte Ausleuchtwinkel möglich sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß das Isolierrohr ein die koaxiale Apertur der Hohlleitung ausfüllender und um eine Länge L = 0,04 λ bis λ (λ = Freiraumwellenlänge) aus dieser herausragender dielektrischer Strahler mit einem Durchmesser von 0,7 g ist, der seinerseits von der Hohlleitung erregt ist, und daß zur Verringerung der Rückstrahlung des Erregers auf den aus der Apertur der Hohlleitung herausragenden dielektrischen Rohrstrahler im Abstand von 0,08 g von der Apertur ein metallischer Ring von 0,16 λ Breite aufgebracht ist.

In vorteilhafter Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, daß der Durchmesser des Rohrstrahlers am zum Spiegel weisenden freien Ende stufenförmig abgesetzt ist und dabei der ursprüngliche Durchmesser auf einer Länge von 0,2 λ auf einen Durchmesser von 0,6 λ reduziert ist.

Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Erregers läßt sich die abgeschattete Spiegelfläche in bezug auf den gewünschten Ausleuchtwinkel minimieren und damit die störende Anhebung der hauptkeulennahen Seitenzipfel wesentlich mindern. Durch die Wahl der freien Länge des Dielektriums läßt sich in weiten Grenzen der Ausleuchtwinkel bzw. der erzielte Randabfall variieren. Zur weiteren Verbesserung der Richtcharakteristik des Erregers kann in der durch die DE-OS 26 07 809 bekannten Weise die Strahlung eines Ringschlitzes mit einbezogen werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines je nach der gewünschten Diagrammform abwandelbaren Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 das Erregerdiagramm des Ausführungsbeispiels,

Fig. 3 Richtdiagramm eines mit einem Erreger nach Fig. 1 ausgeleuchteten Parabolspiegels,

Fig. 4 das Richtdiagramm mit dem gleichen Parabolspiegel, aber einem im Rahmen der Erfindung veränderten Erreger.

In Fig. 1 kommt die koaxiale TEM-Speiseleitung 1 aus dem in der Figur links zu denkenden Spiegel heraus. Die Speiseleitung 1 ragt mit ihrem Ende in eine kreisförmige metallische Hohlleitung 6 hinein, die an dem vom Spiegel abgewandten Ende metallisch abgeschlossen ist. In dieser Hohlleitung 5 wird mit Hilfe eines mit einem Schlitzübertrager symmetrierten Dipols 2 eine H11-Welle angeregt. Zweckmäßige Durchmesser der Hohlleitung 5 liegen bei D = 0,7 λ (λ = Freiraumwellenlänge). Die im linken Teil der Hohlleitung 5 angeregte H11-Welle speist nun ihrerseits einen die koaxiale Apertur der Hohlleitung ausfüllenden dielektrischen Rohrstrahler 3, der um eine Länge L = 0,4 λ bis λ (λ = Freiraumwellenlänge) aus der Hohlleitung 5 an ihrem dem Spiegel zugewandten Ende herausragt.

Die Speiseleitung 1 dient gleichzeitig als tragendes Element des Erregers. Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität (insbesondere bei flachen Spiegelschalen) kann vorteilhaft der Außenmantel der Speiseleitung zur Speiseschale hin konisch oder sprungweise verdickt ausgeführt werden.

Die H11-Welle speist den rohrförmigen dielektrischen Strahler 3 der Länge L. Hierbei ist zur Verringerung der Rückstrahlung ein metallischer Ring 4 von 0,16 λ - Breite im Abstand von 0,08 λ vor der koaxialen Hohlleiterapertur vorgesehen. Außerdem ist der Durchmesser d des Strahlerendes über eine Länge von 0,2 λ auf einen Durchmesser von 0,6 λ reduziert, um die Anpassung zu verbessern.

In Fig. 2 sind die bei einer Frequenz von 12 GHz gemessenen Richtdiagramme eines Strahlers nach Fig. 1 mit einer Länge L von 0,4 λ wiedergegeben.

In Fig. 3 ist das Richtdiagramm eines, mit diesem Erreger (Länge L = 0,4 λ) ausgeleuchteten, 80°-Parabolspiegels von 60 Wellenlängen Durchmesser wiedergegeben. Die für geringe hauptkeulennahe Seitenzipfel ausgelegte Antenne erreicht eine Nebenzipfeldämpfung von -34 dB. Im Bereich der Überstrahlung liegt der Pegel durch die Vermeidung der Stützen bei -53 dB. Wegen des koaxialen Aufbaus genügt zum Einbau des Erregers in die Spiegelschale das Einhalten der Brennpunktentfernung, ohne daß weitere sonst übliche Justierarbeiten erforderlich wären.

Bei einer Strahlerlänge von L = λ läßt sich mit der gleichen Spiegelschale eine sektorförmige Richtcharakteristik realisieren.

Fig. 4 zeigt die Meßergebnisse einer praktischen Ausführung bei 12 GHz. Obwohl es in diesem Fall besonders schwierig ist, niedrige hauptkeulennahe Nebenzipfel zu erreichen, ergibt sich ein unter 21 dB liegender Nebenzipfelpegel.

Die mit dem vorgeschlagenen Erreger erzielbaren Vorteile liegen insbesondere in der Vergrößerung der erzielbaren Dämpfung der hauptkeulennahen Nebenzipfel. Daneben ist der einfache Aufbau und die leichte Anpaßbarkeit an gewünschte Ausleuchtwinkel von Vorteil.


Anspruch[de]
  1. 1. Selbsttragender Primärerreger für Spiegelantennen mit einer zentral durch den Spiegel geführten Speiseleitung, einer die Speiseleitung konzentrisch umgebenden und von ihr erregten Hohlleitung, die an dem vom Spiegel abgewandten Ende metallisch abgeschlossen ist, und einem zwischen Speiseleitung und offenem Hohlleitungsende angeordneten, die Hohlleitung an ihrem dem Spiegel zugewandten Ende verlängernden Isolierrohr aus dielektrischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierrohr (3) ein die koaxiale Apertur der Hohlleitung (5) ausfüllender und um eine Länge L = 0,4 λ bis λ (λ = Freiraumwellenlänge) aus dieser herausragender dielektrischer Strahler (3) mit einem Durchmesser von 0,7 λ ist, der seinerseits von der Hohlleitung (5) erregt ist, und daß zur Verringerung der Rückstrahlung des Erregers auf den aus der Apertur der Hohlleitung (5) herausragenden dielektrischen Rohrstrahler (3) im Abstand von 0,08 g von der Apertur ein metallischer Ring (4) von 0,16 λ Breite aufgebracht ist.
  2. 2. Selbsttragender Primärerreger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Rohrstrahlers (3) am zum Spiegel weisenden freien Ende stufenförmig abgesetzt ist und dabei der ursprüngliche Durchmesser auf einer Länge von 0,2 λ auf einen Durchmesser von 0,6 λ reduziert ist.






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